KR20060054397A - Process for preparing ethyleneamine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에틸렌디아민 (EDA)을 불균일 촉매의 존재하에서 연속적으로 반응시키며, 상기 반응을 반응 컬럼에서 수행하는 것인, 에틸렌아민, 특히 디에틸렌트리아민 (DETA)의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the preparation of ethyleneamines, in particular diethylenetriamine (DETA), wherein the ethylenediamine (EDA) is continuously reacted in the presence of a heterogeneous catalyst and the reaction is carried out in a reaction column.
Description
본 발명은 불균일 촉매의 존재하에서 에틸렌디아민 (EDA)의 연속적 반응에 의해 에틸렌아민류, 특히 디에틸렌트리아민 (DETA), 피페라진 (PIP) 및(또는) 트리에틸렌테트라민 (TETA)을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention provides a process for producing ethyleneamines, in particular diethylenetriamine (DETA), piperazine (PIP) and / or triethylenetetramine (TETA) by continuous reaction of ethylenediamine (EDA) in the presence of heterogeneous catalysts. It is about.
에틸렌아민류는 용매로서, 안정화제로서, 또는 킬레이트화제, 합성 수지, 의약, 억제제 및 계면-활성 물질의 합성용으로 사용된다.Ethyleneamines are used as solvents, stabilizers, or for the synthesis of chelating agents, synthetic resins, medicines, inhibitors, and surface-active substances.
특히, 디에틸렌트리아민 (비스(2-아미노에틸)아민; DETA)은 염료용 용매로서 사용되며, 이온 교환제, 살충제, 항산화제, 부식 억제제, 착물화제, 섬유 조제 및 (산성) 기체에 대한 흡수제 제조용의 출발 물질이다.In particular, diethylenetriamine (bis (2-aminoethyl) amine; DETA) is used as a solvent for dyes and for ion exchangers, pesticides, antioxidants, corrosion inhibitors, complexing agents, fiber aids and (acidic) gases. Starting material for the manufacture of absorbents.
출발 물질로서 필요한 에틸렌디아민 (H2N-CH2-CH2-NH2; EDA)은 공지된 방법에 의해, 예를 들어 모노에탄올아민 (MEOA)과 암모니아의 반응에 의해 제조될 수 있다.Ethylenediamine (H 2 N—CH 2 —CH 2 —NH 2 ; EDA), which is required as starting material, may be prepared by known methods, for example by reaction of monoethanolamine (MEOA) with ammonia.
문헌에는 에틸렌아민류의 수많은 제조 방법이 기재되어 있다.The literature describes a number of methods for producing ethyleneamines.
종래 기술에 따르면, DETA와 같은 에틸렌아민류는 대부분, 촉매가 활성 성분으로서 예를 들어 니켈, 코발트, 구리, 귀금속, 예를 들어 Re, Ru, Rh, Pt, Pd, 또는 이들의 조합물을 포함하는 고정층 반응기에서 모노에탄올아민 (MEOA)과 암모니 아로부터 제조된다. 지지체 물질은 예를 들어 Al2O3, SiO2 또는 ZrO2 또는 이들과 다른 산화물의 조합물일 수 있다. 촉매 활성을 유지하기 위해, 대부분의 경우 소량의 수소 (예를 들어 공급물의 양을 기준으로 약 0.001 중량%)를 도입할 필요가 있다.According to the prior art, ethyleneamines such as DETA are mostly in which the catalyst comprises, for example, nickel, cobalt, copper, precious metals such as Re, Ru, Rh, Pt, Pd, or combinations thereof as the active ingredient. Prepared from monoethanolamine (MEOA) and ammonia in a fixed bed reactor. The support material can be for example Al 2 O 3 , SiO 2 or ZrO 2 or a combination of these and other oxides. In order to maintain catalytic activity, in most cases it is necessary to introduce a small amount of hydrogen (eg about 0.001% by weight based on the amount of feed).
공정 중에 발생하는 주생성물은 EDA이며, 발생하는 부산물은 DETA, 피페라진 (PIP) 및 고급 에틸렌아민류, 즉 (동일한 압력에서) DETA보다 비점이 높은 에틸렌아민류, 및 아미노에틸에탄올아민 (AEEA)과 같은 기타 화합물이다.The main product generated during the process is EDA, and the byproducts generated are DETA, piperazine (PIP) and higher ethyleneamines, ie ethyleneamines having a higher boiling point than DETA (at the same pressure), and aminoethylethanolamine (AEEA). Other compounds.
주생성물인 EDA 뿐만 아니라 DETA는 특히 시장 수요가 상대적으로 다량이기 때문에, 고정층 반응기에서 단순한 경로로 얻어지는 선택도에 비해 DETA의 선택도를 증가시킬 것이 요망된다. EDA 및 DETA의 선택도는 암모니아 대 MEOA의 몰비에 의해 특정 한도 내에서 제어될 수 있다. 암모니아의 높은 초과량은 특히 낮은 MEOA 전환율에서 우세하게 EDA를 형성한다. 낮은 암모니아 초과량 및 상대적으로 높은 MEOA 전환율에서는 DETA의 선택도 뿐만 아니라 기타 부산물의 선택도도 증가한다.Because of the relatively high market demand for DETA as well as the main product EDA, it is desirable to increase the selectivity of DETA over the selectivity obtained by simple routes in fixed bed reactors. The selectivity of EDA and DETA can be controlled within certain limits by the molar ratio of ammonia to MEOA. The high excess of ammonia forms EDA predominantly, especially at low MEOA conversions. Low ammonia excess and relatively high MEOA conversion increase the selectivity of DETA as well as other byproducts.
또한, 반응 생성물의 농축 후에 EDA의 일부를 반응기로 회귀시켜 DETA 선택도를 증가시키는 것도 가능하다. 그러나, 이에 의해서는 다른 부산물, 특히 AEEA의 형성을 피할 수 없다. It is also possible to increase the DETA selectivity by returning part of the EDA to the reactor after concentration of the reaction product. However, this avoids the formation of other byproducts, especially AEEA.
EP-A2-197 611 (유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp.))에는 연계식으로 연결된 2개의 반응기를 사용하여 폴리알킬렌폴리아민을 제조하는 방법이 기재되어 있다.EP-A2-197 611 (Union Carbide Corp.) describes a process for preparing polyalkylenepolyamines using two reactors connected in tandem.
제1 반응기에서, 암모니아를 사용한 MEOA의 아민화는 전이 금속 촉매 (지지체 상의 Ni, Re) 상에서 수행된다.In the first reactor, amination of MEOA with ammonia is carried out on a transition metal catalyst (Ni, Re on support).
반응 생성물은 역시 전이 금속 촉매 또는 포스페이트 촉매가 충전된 제2 반응기를 통해 보내진다. 생성물 분포를 제어하고 선형 에틸렌아민류에 대한 선택도를 증가시키기 위해, 제2 반응기의 반응 생성물의 후처리로부터 유래되고 또한 MEOA 및 H2O를 포함하는 에틸렌디아민을 제2 반응기에 앞서 도입시킨다.The reaction product is also sent through a second reactor filled with a transition metal catalyst or a phosphate catalyst. In order to control the product distribution and to increase the selectivity for linear ethyleneamines, ethylenediamine derived from the workup of the reaction product of the second reactor and also comprising MEOA and H 2 O is introduced before the second reactor.
상기 방법의 단점은 AEEA가 우선적으로 더 반응하여 피페라진을 생성하지 DETA를 생성하지는 않으며 EDA와 MEOA의 반응의 결과로 추가량의 AEEA가 형성된다는 점이다.A disadvantage of this method is that AEEA preferentially reacts further to produce piperazine, not DETA, and an additional amount of AEEA is formed as a result of the reaction of EDA and MEOA.
DETA의 합성은 또한 EDA를 고정층 반응기에서 반응시킴으로써 공지된 방법에 의해 수행될 수 있으며, 여기서 생성되는 부산물은 주로 PIP이다 (예를 들어 미국 특허 제5,410,086호 (버게스(Burgess)), GB-A-1,508,460 (바스프 아게(BASF AG)) 및 WO-A1-03/010125 (아크조 노벨(Akzo Nobel)) 참조).The synthesis of DETA can also be carried out by known methods by reacting EDA in a fixed bed reactor, where the by-products produced are mainly PIP (eg US Pat. No. 5,410,086 (Burgess), GB-A -1,508,460 (BASF AG) and WO-A1-03 / 010125 (Akzo Nobel).
예를 들어 약 30%의 전환율에서, 약 70%의 DETA 선택도가 달성될 수 있다. 순수한 EDA가 출발 물질로서 사용된다면 AEEA는 부산물로서 형성되지 않을 것이다. 고급 에틸렌아민류의 형성은 부분적 전환 공정에 의해 크게 회피된다.For example, at a conversion of about 30%, a DETA selectivity of about 70% can be achieved. If pure EDA is used as starting material, AEEA will not form as a byproduct. Formation of higher ethyleneamines is greatly avoided by the partial conversion process.
그러나, 화학 평형의 비선호적인 위치 때문에, 보다 높은 전환율에서는 보다 많은 PIP가 형성될 것이다. 또한, EDA의 DETA로의 전환 동안 암모니아의 형성 때 문에 (2 EDA → DETA + NH3), DETA와 암모니아의 역반응에 의한 EDA 생성이 또한 더욱더 중요성을 얻고 있다.However, due to the unfavorable position of chemical equilibrium, more PIP will be formed at higher conversions. In addition, due to the formation of ammonia during the conversion of EDA to DETA (2 EDA → DETA + NH 3 ), the production of EDA by the reverse reaction of DETA and ammonia is also becoming increasingly important.
부분적 전환 공정은 EDA의 고 순환 스트림 (재순환)을 유발하므로, 특히 EDA 정제 컬럼에서의 에너지 소비를 증가시킨다.The partial conversion process leads to a high circulating stream (recycle) of the EDA, thus increasing the energy consumption, especially in the EDA purification column.
바스프의 독일 특허 출원 제10335991.5호 (2003년 8월 1일 출원)는 반응기 (1)에서 모노에탄올아민 (MEOA)을 촉매의 존재하에서 암모니아와 반응시키고, 생성된 반응 생성물을 분리하며, 분리하는 동안 수득된 에틸렌디아민 (EDA)을 별개의 반응기 (2)에서 촉매의 존재하에서 반응시켜 디에틸렌트리아민 (DETA)을 수득하고, 여기서 생성된 반응 생성물을 반응기 1로부터 생성된 반응 생성물의 분리 공정으로 보내는, 에틸렌아민의 제조 방법에 관한 것이다.BASF's German patent application No. 10335991.5 (filed Aug. 1, 2003) discloses reacting monoethanolamine (MEOA) with ammonia in the presence of a catalyst in reactor 1, separating the resulting reaction product, and separating The obtained ethylenediamine (EDA) is reacted in the presence of a catalyst in a separate reactor (2) to give diethylenetriamine (DETA), where the resulting reaction product is sent to a separation process of the reaction product produced from reactor 1 And a method for producing ethyleneamine.
올레판에 알코올을 부가하여 상응하는 에테르 [예를 들어 MTBE (메틸-tert-부틸 에테르) 및 TAME (tert-아밀 메틸 에테르)]를 수득하는 것에 대해서는, 반응 컬럼 내에서 수행되는 공지된 공정이 문헌에 기재되어 있다. 반응성 증류로도 지칭되는 상기 공정은 예를 들어 교재 ["Reactive Distillation", edited by K. Sundmacher and A. Kienle, Verlag Wiley-VCH (2003)]에 상세히 기재되어 있다.For the addition of alcohols to olepan to obtain the corresponding ethers [e.g. MTBE (methyl-tert-butyl ether) and TAME (tert-amyl methyl ether)], known processes carried out in reaction columns are described in the literature. It is described in. This process, also referred to as reactive distillation, is described in detail in, for example, the text "Reactive Distillation", edited by K. Sundmacher and A. Kienle, Verlag Wiley-VCH (2003).
반응성 증류는 또한 에스테르화, 비누화 및 에스테르교환반응, 아세탈의 제조 및 비누화, 알콕실레이트의 제조, 알돌 축합, 알킬화, 에폭시드의 가수분해, 올레핀의 수화, 이성질체화 및 수소화 분야에도 적용된다.Reactive distillation also applies in the field of esterification, saponification and transesterification, preparation and saponification of acetals, preparation of alkoxylates, aldol condensation, alkylation, hydrolysis of epoxides, hydration of olefins, isomerization and hydrogenation.
본 발명의 목적은, 높은 수율 및 공간-시간 수율 (STY)로 특히 디에틸렌트리 아민 (DETA)을 비롯한 에틸렌아민류를 선택적 제조하는 개선된 경제적인 방법을 발견하는 것이다. It is an object of the present invention to find an improved economical process for the selective production of ethyleneamines, including diethylenetriamine (DETA), in particular in high yield and space-time yield (STY).
[공간-시간 수율은 '생성물 양/(촉매 부피 x 시간)' (kg/(L촉매 x h)) 및(또는) '반응물 양/(반응기 부피 x 시간)' (kg/(L반응기 x h)로 주어진다.][Spatial-time yields are in terms of 'product amount / (catalyst volume x time)' (kg / (L catalyst xh)) and / or 'reactant amount / (reactor volume x time)' (kg / (L reactor xh) Is given.]
본 발명자들은 상기 목적이, 에틸렌디아민 (EDA)을 불균일 촉매의 존재하에서 연속적 반응시키며, 상기 반응을 반응 컬럼 내에서 수행하는 것을 포함하는 에틸렌아민의 제조 방법에 의해 달성됨을 밝혀내었다.The inventors have found that this object is achieved by a process for the preparation of ethyleneamine, which comprises continuously reacting ethylenediamine (EDA) in the presence of a heterogeneous catalyst and carrying out the reaction in a reaction column.
에틸렌아민은 특히 디에틸렌트리아민 (DETA), 피페라진 (PIP) 및(또는) 트리에틸렌테트라민 (TETA)이다.Ethyleneamines are in particular diethylenetriamine (DETA), piperazine (PIP) and / or triethylenetetramine (TETA).
그 후, 반응은 예를 들어 하기 반응식에 따라 진행된다.Thereafter, the reaction proceeds according to the following scheme, for example.
2 EDA → DETA + NH3 2 EDA → DETA + NH 3
2 EDA → PIP + 2 NH3 2 EDA → PIP + 2 NH 3
3 EDA → TETA + 2 NH3 3 EDA → TETA + 2 NH 3
DETA + EDA → TETA + NH3 DETA + EDA → TETA + NH 3
본 발명에 따라, 에틸렌아민류, 특히 DETA의 합성을 EDA를 반응 컬럼 내에서의 연속적 반응 (반응성 증류)에 의해 수행하면 종래 기술의 방법이 해소됨을 밝혀내었다. 반응 대역 아래의 컬럼으로부터 (바닥부 및(또는) 측면 분리부를 통해) DETA 및(또는) TETA를 연속 스트리핑하면 2차 반응을 크게 억제할 수 있으므로 EDA 의 높은 전환율, 심지어 완전한 전환율로 공정을 수행할 수 있다.According to the invention, it has been found that the synthesis of ethyleneamines, in particular DETA, by means of a continuous reaction (reactive distillation) in an EDA reaction column eliminates the prior art methods. Continuous stripping of DETA and / or TETA from the column below the reaction zone (through the bottom and / or side separators) can greatly suppress the secondary reactions, thus allowing the process to be carried out with a high conversion of EDA, even at full conversion. Can be.
암모니아를 컬럼으로부터 (바람직하게는 컬럼의 상부에서, 또한 DETA보다 비점이 낮은 성분과의 혼합물로서) 연속적으로 제거함으로써, DETA의 EDA로의 역반응이 크게 억제되며, 따라서 DETA의 형성이 가속화된다. 따라서, 반응은 다른 압력에서도 수행될 수 있지만, 유리하게는 통상적인 고정층 반응기 (촉매 고정층을 갖는 관상 반응기)를 사용할 때의 최적 압력 범위보다 낮은 압력에서 수행될 수 있다.By continuously removing ammonia from the column (preferably at the top of the column and also as a mixture with lower boiling components than DETA), the reverse reaction of DETA to EDA is greatly inhibited, thus accelerating the formation of DETA. Thus, the reaction may be carried out at other pressures, but may advantageously be carried out at a pressure lower than the optimum pressure range when using a conventional fixed bed reactor (tubular reactor with a catalyst fixed bed).
컬럼의 절대압은 바람직하게는 > 0 내지 20 bar의 범위, 예를 들어 1 내지 20 bar의 범위, 특히 5 내지 10 bar이다.The absolute pressure of the column is preferably in the range> 0 to 20 bar, for example in the range 1 to 20 bar, in particular 5 to 10 bar.
EDA의 에틸렌아민으로의 반응이 수행되는 컬럼의 섹션 (반응 대역)의 온도는 바람직하게는 100 내지 200℃ 범위, 특히 140 내지 160℃이다.The temperature of the section (reaction zone) of the column in which the reaction of EDA to ethyleneamine is carried out is preferably in the range from 100 to 200 ° C., in particular 140 to 160 ° C.
컬럼 내의 이론상 판의 수는 바람직하게는 총 5 내지 100개, 보다 바람직하게는 10 내지 20개이다.The theoretical number of plates in the column is preferably 5 to 100, more preferably 10 to 20, in total.
반응 대역 내의 이론상 판의 수는 바람직하게는 1 내지 30개의 범위, 특히 1 내지 20개, 특히 1 내지 10개, 예를 들어 5 내지 10개이다.The number of theoretical plates in the reaction zone is preferably in the range from 1 to 30, in particular from 1 to 20, in particular from 1 to 10, for example 5 to 10.
반응 대역 위의 풍부화 섹션 내의 이론상 판의 수는 바람직하게는 0 내지 30개의 범위, 특히 1 내지 30개, 보다 특히 1 내지 15개, 예를 들어 1 내지 5개이다.The number of theoretical plates in the enrichment section above the reaction zone is preferably in the range from 0 to 30, in particular from 1 to 30, more in particular from 1 to 15, for example from 1 to 5.
반응 대역 아래의 스트리핑 섹션 내의 이론상 판의 수는 바람직하게는 0 내지 40개의 범위, 특히 5 내지 30개, 특히 10 내지 20개이다.The number of theoretical plates in the stripping section below the reaction zone is preferably in the range from 0 to 40, in particular from 5 to 30, in particular from 10 to 20.
EDA의 컬럼에의 첨가는 반응 대역 아래에서 액체 형태로 또는 기체 형태로 수행될 수 있다.The addition of EDA to the column can be carried out in liquid form or in gaseous form below the reaction zone.
EDA의 컬럼에의 첨가는 또한 반응 대역 위에서 액체 형태로 수행될 수 있다.The addition of EDA to the column can also be carried out in liquid form above the reaction zone.
본 발명에 따른 방법에서는, 예를 들어 순도 > 98 중량%, 특히 > 99 중량%의 순수한 EDA와, 피페라진 (PIP), 예를 들어 > 0 내지 25 중량%의 PIP 및(또는) 기타 에틸렌아민을 포함하는 EDA가 둘다 컬럼 내로 공급될 수 있다.In the process according to the invention, for example, pure EDA of purity> 98% by weight, in particular> 99% by weight, piperazine (PIP), for example> 0 to 25% by weight of PIP and / or other ethyleneamines Both EDAs may be fed into the column.
또한, 암모니아 및 물을 부분적으로 또는 완전히 제거한 후의 MEOA와 암모니아의 반응으로부터의 EDA 조생성물을 사용할 수도 있다.It is also possible to use EDA crude products from the reaction of MEOA with ammonia after partial or complete removal of ammonia and water.
반응은 특히 바람직하게는 수소의 존재하에서, 특히 EDA의 공급량을 기준으로 0.0001 내지 1 중량%, 바람직하게는 0.001 내지 0.01 중량%의 수소의 존재하에서 수행된다.The reaction is particularly preferably carried out in the presence of hydrogen, in particular in the presence of 0.0001 to 1% by weight, preferably 0.001 to 0.01% by weight of hydrogen, based on the amount of EDA supplied.
수소의 컬럼에의 첨가는 바람직하게는 반응 대역 아래에서 수행된다.The addition of hydrogen to the column is preferably carried out under the reaction zone.
암모니아, (동일한 압력에서) DETA보다 비점이 낮은 다른 성분 (저비점 성분) 및 임의로 수소를 포함하는 혼합물은 바람직하게는 컬럼의 상부를 통해 제거된다.The mixture comprising ammonia, another boiling point (low boiling point component) lower than DETA (at the same pressure) and optionally hydrogen, is preferably removed through the top of the column.
컬럼의 상부를 통해 제거된 혼합물은 또한 부분적인 양의 미반응 EDA를 포함할 수 있다.The mixture removed through the top of the column may also contain a partial amount of unreacted EDA.
위층에서 제거된 혼합물은 또한 부분적으로 응축할 수 있으며, 응축 동안 암모니아 및 임의로 수소는 우세하게는 기체 형태로 제거되고 (증발), 액화된 분획은 환류물로서 컬럼에 공급될 수 있다.The mixture removed from the upper layer may also partially condense, during which the ammonia and optionally hydrogen are predominantly removed (evaporated) in gaseous form and the liquefied fraction may be fed to the column as reflux.
여기서, 컬럼의 환류물의 양 (컬럼 환류량) 대 컬럼의 공급물의 양의 중량비 는 바람직하게는 0.1 내지 30의 범위, 특히 바람직하게는 0.5 내지 10, 특히 0.5 내지 2이다.Here, the weight ratio of the amount of column reflux (column reflux) to the amount of feed of the column is preferably in the range from 0.1 to 30, particularly preferably from 0.5 to 10, in particular from 0.5 to 2.
DETA, 피페라진 (PIP), TETA, 및 (동일한 압력에서) DETA보다 비점이 높은 다른 성분 (고비점 성분)의 혼합물은 바람직하게는 컬럼의 바닥부를 통해 제거된다.The mixture of DETA, piperazine (PIP), TETA, and other ingredients (high boiling point components) having a higher boiling point than DETA (at the same pressure) is preferably removed through the bottom of the column.
컬럼의 바닥부를 통해 제거된 혼합물은 또한 부분적인 양의 미반응 EDA 또는 전체적인 양의 미반응 EDA를 포함할 수 있다.The mixture removed through the bottom of the column may also include a partial amount of unreacted EDA or a total amount of unreacted EDA.
한 특정 실시양태에서, 반응 대역 아래의 컬럼은 측면 분리부로 더 분할된다.In one particular embodiment, the column below the reaction zone is further divided into side separations.
미반응 EDA, PIP 또는 이들의 혼합물은 바람직하게는 측면 분리부를 통해 제거된다.Unreacted EDA, PIP or mixtures thereof are preferably removed via lateral separation.
측면 분리부를 통해 제거된 생성물은 또한 DETA를 포함할 수 있다.The product removed through the lateral separation may also include DETA.
측면 분리부를 통해 생성된 생성물은 액체 형태로 또는 기체 형태로 제거된다.The product produced through the side separation is removed in liquid form or in gaseous form.
반응 대역에서, 사용되는 촉매는 바람직하게는 Ni, Co, Cu, Ru, Re, Rh, Pd 및(또는) Pt를 포함하는 촉매, 형상-선택적 제올라이트 촉매 또는 포스페이트 촉매이다.In the reaction zone, the catalyst used is preferably a catalyst comprising Ni, Co, Cu, Ru, Re, Rh, Pd and / or Pt, shape-selective zeolite catalyst or phosphate catalyst.
바람직하게는 Ru, Re, Rh, Pd 및(또는) Pt를 비롯한 전이 금속 촉매의 금속 또는 금속들은 바람직하게는 산화물계 지지체 물질 (예를 들어 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2) 또는 제올라이트 또는 활성탄 지지체 물질에 도포된다.Preferably the metal or metals of the transition metal catalyst, including Ru, Re, Rh, Pd and / or Pt, are preferably oxide based support materials (eg Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , SiO 2 ) Or to a zeolite or activated carbon support material.
바람직한 실시양태에서, 반응 대역에서 사용되는 촉매는 Pd 및 이산화지르코늄 지지체 물질을 포함하는 촉매이다.In a preferred embodiment, the catalyst used in the reaction zone is a catalyst comprising Pd and a zirconium dioxide support material.
지지된 전이 금속 촉매의 금속의 총 함량은 바람직하게는 > 0 중량% 내지 80 중량% 범위, 특히 0.1 중량% 내지 70 중량%, 보다 특히 5 중량% 내지 60 중량%, 보다 특히 10 중량% 내지 50 중량%이며, 여기서 모든 %는 지지체 물질의 중량을 기준으로 한다.The total content of metal of the supported transition metal catalyst preferably ranges from> 0% to 80% by weight, in particular from 0.1% to 70% by weight, more particularly from 5% to 60% by weight, more particularly from 10% to 50%. Weight percent, where all percents are based on the weight of the support material.
바람직한 촉매인 지지된 귀금속 촉매의 경우, 귀금속의 총 함량은 특히 > 0 중량% 내지 20 중량%, 특히 0.1 중량% 내지 10 중량%, 매우 특히 0.2 중량% 내지 5 중량%, 보다 특히 0.3 중량% 내지 2 중량%이며, 여기서 모든 %는 지지체 물질의 중량을 기준으로 한다.In the case of supported noble metal catalysts which are preferred catalysts, the total content of the noble metal is in particular> 10% to 20% by weight, in particular 0.1% to 10% by weight, very particularly 0.2% to 5% by weight, more particularly 0.3% to 2 weight percent, where all percents are based on the weight of the support material.
불균일 촉매는 컬럼 내에 고정 촉매층의 형태로 또는 컬럼 외부의 별개 용기 내에 적층될 수 있다. 이는 또한 유리층(loose bed)으로서, 예를 들어 증류 패킹 내의 유리층으로서 사용될 수 있으며, 덤핑된(dumped) 패킹 또는 몰딩을 형성하도록 성형할 수 있고, 예를 들어 압착하여 라시히(Raschig) 고리를 수득하고, 여과 패브릭 내로 혼입시키고, 성형하여 베일(bale) 또는 컬럼 패킹을 수득하고, 증류 패킹에 도포하거나 (코팅), 컬럼 내의 현탁물의 형태로 사용할 수 있으며, 여기서 바람직하게는 컬럼 트레이 상의 현탁물의 형태로 사용한다.The heterogeneous catalyst may be deposited in the form of a fixed catalyst bed in the column or in a separate vessel outside the column. It can also be used as a loose bed, for example as a glass layer in a distillation packing, can be molded to form a dumped packing or molding, for example pressed to a Raschig ring. Can be obtained, incorporated into the filtration fabric and shaped to obtain a bale or column packing, applied to the distillation packing (coating) or used in the form of a suspension in the column, preferably suspended on a column tray. Use in the form of water.
불균일 촉매된 반응성 증류를 사용한 방법에서, CDTech에서 개발한 베일 기 술이 유리하게 사용될 수 있다.In methods using heterogeneously catalyzed reactive distillation, the bale technology developed by CDTech can be advantageously used.
추가의 기술은 패킹되거나 현탁된 촉매를 갖는 특수 트레이 구축이다.A further technique is the construction of special trays with packed or suspended catalysts.
다채널 패킹 또는 교환 채널 패킹 (예를 들어 WO-A-03/047747 참조)에 의해서는 입자상 형태 (예를 들어 구형, 펠릿형, 정제형)의 촉매를, 촉매의 기계적 응력을 낮추어 간단히 도입 및 제거할 수 있다.Multi-channel packing or exchange channel packing (see eg WO-A-03 / 047747) allows the introduction of catalysts in particulate form (eg spherical, pelletized, tableted) simply by lowering the mechanical stress of the catalyst and Can be removed.
반응성 증류의 중요한 점은 반응 과정에 필요한 체류 시간의 제공이다. 비반응성 증류에 비해 표적화된 방식으로 액체의 컬럼 내 체류 시간을 증가시키는 것이 필요하다. 컬럼 내부의 특수 설계, 예를 들어 충전 수준이 상당히 증가된 버블캡 트레이를 갖는 트레이 컬럼, 트레이 컬럼으로 내려오는 물질의 긴 체류 시간, 및(또는) 분리 정렬된 외부 시간-지연 용기가 사용된다. 폐쇄 패킹은 덤핑되거나 정렬된 패킹이 패킹되어 있는 컬럼에 비해 액체의 체류 시간을 대략 3배 증가시키는 가능성을 제공한다.An important point of reactive distillation is the provision of the residence time required for the reaction process. It is necessary to increase the residence time of the liquid in the column in a targeted manner compared to non-reactive distillation. Special designs inside the column are used, for example tray columns with bubble cap trays with significantly increased fill levels, long residence times of material descending to the tray column, and / or externally aligned external time-delay vessels. Closed packing offers the possibility to increase the residence time of the liquid approximately three times compared to the column packed dumped or ordered packing.
반응 컬럼의 설계 (컬럼 섹션, 풍부화 섹션, 스트리핑 섹션 및 반응 대역의 판의 수, 환류비 등)는 당업자가 그에게 익숙한 방법에 따라 채택할 수 있다.The design of the reaction column (column section, enrichment section, stripping section and number of plates in the reaction zone, reflux ratio, etc.) can be adopted according to methods familiar to those skilled in the art.
반응 컬럼은 예를 들어 하기 문헌에 기재되어 있다.Reaction columns are described, for example, in the literature.
WO-A-97/16243 (1997년 5월 9일),WO-A-97 / 16243 (May 9, 1997),
DD-특허 100701 (1973년 10월 5일),DD-Patent 100701 (October 5, 1973),
미국 특허 제4,267,396호 (1981년 5월 12일),U.S. Patent 4,267,396 (May 12, 1981),
및 그에 인용된 참고문헌, And references cited therein,
DE-C2-27 14 590 (1984년 8월 16일),DE-C2-27 14 590 (August 16, 1984),
EP-B-40724 (1983년 5월 25일),EP-B-40724 (May 25, 1983),
EP-B-40723 (1983년 7월 6일),EP-B-40723 (July 6, 1983),
DE-C1-37 01 268 (1988년 4월 14일),DE-C1-37 01 268 (14 April 1988),
DE-C1-34 13 212 (1985년 9월 12일),DE-C1-34 13 212 (September 12, 1985),
EP-B1-461 855 (1995년 8월 9일),EP-B1-461 855 (August 9, 1995),
EP-B1-402 019 (1995년 6월 28일),EP-B1-402 019 (June 28, 1995),
WO-A1-03/047747 (2003년 6월 12일, 바스프 아게), 및WO-A1-03 / 047747 (Basj AG, June 12, 2003), and
WO-A1-97/35834.WO-A1-97 / 35834.
바람직한 실시양태에서, 본 발명의 방법은 WO-A1-03/047747에 기재된 바와 같이, 반응성 증류 수행용 컬럼 내에서, 컬럼 내부에 중간 공간을 형성하는 질서형 패킹 또는 무작위 패킹을 갖는 불균일 입자상 촉매의 존재하에서 수행되며, 여기서 컬럼은 제1 및 제2 부분 영역을 갖고, 이는 교대로 정렬되며 질서형 패킹 또는 무작위 패킹의 비표면적이 다른데, 제1 부분 영역에서는 질서형 패킹 또는 무작위 패킹을 통과하는 기체 스트림용의 유수 직경과 촉매 입자의 등가 직경과의 비율이 2 내지 20 범위, 바람직하게는 5 내지 10 범위이며, 촉매 입자는 중간 공간 내로 도입되고 중력 작용하에서 느슨하게 분포 및 배출되며, 제2 부분 영역에서는 질서형 패킹 또는 무작위 패킹을 통과하는 기체 스트림용의 유수 직경과 촉매 입자의 등가 직경과의 비율이 1 미만이며, 촉매 입자는 제2 부분 영역 내로 도입되지 않는 방식이다. 바람직하게는, 기체 및(또는) 액체 적하량에 대해서는 컬럼은 방출 한도 적하량이 최대 50% 내지 95%, 바람직하게는 70% 내지 80%에 도달되는 방식으로 가동된다. 위 특허 출원 중 청구항 9 및 10을 참조한다.In a preferred embodiment, the process of the invention is carried out in a column for carrying out reactive distillation of heterogeneous particulate catalysts with ordered packing or random packing to form an intermediate space inside the column, as described in WO-A1-03 / 047747. Carried out in the presence, wherein the column has first and second subregions, which are alternately arranged and differ in the specific surface area of the ordered packing or random packing, in which the gas passes through the ordered packing or random packing The ratio of the running diameter for the stream to the equivalent diameter of the catalyst particles is in the range of 2 to 20, preferably in the range of 5 to 10, wherein the catalyst particles are introduced into the intermediate space and are loosely distributed and discharged under the action of gravity, the second partial region Has a ratio of the flow diameter for the gas stream through ordered packing or random packing to the equivalent diameter of the catalyst particles of less than 1, The catalyst particles are not introduced into the second partial region. Preferably, for gas and / or liquid dropping, the column is operated in such a way that the release limit dropping amount reaches at most 50% to 95%, preferably 70% to 80%. See claims 9 and 10 of the above patent application.
특히 요망되는 DETA를 주로 포함하지만, 또한 트리에틸렌테트라민 (TETA), PIP 및 미반응 EDA도 포함하는, 본 발명에 따른 방법에서 생성된 생성물 스트림의 후처리는 당업자에게 공지된 증류 방법에 따라 수행될 수 있다 (예를 들어 PET 보고서 제138호 (문헌 ["Alkyl Amines", SRI International, 03/1981, pages 81-99, 117] 참조).The work-up of the product stream produced in the process according to the invention, which mainly comprises the desired DETA, but also comprises triethylenetetramine (TETA), PIP and unreacted EDA, is carried out according to distillation methods known to those skilled in the art. (See, eg, PET Report No. 138 ("Alkyl Amines", SRI International, 03/1981, pages 81-99, 117).
개별 순수한 생성물, 주로 특히 요망되는 DETA의 증류적 단리에 필요한 증류 컬럼은 당업자가 그에게 익숙한 방법을 사용하여 설계할 수 있다 (예를 들어 판의 수, 환류비 등).The distillation columns required for the distillative isolation of the individual pure products, mainly the desired DETA, can be designed using methods familiar to those skilled in the art (for example, number of plates, reflux ratio, etc.).
반응 컬럼의 반응 대역 아래의 스트리핑 섹션 내의 측면 분리부를 사용한 방법은 개별 순수한 생성물의 단리용의 추가의 후처리 동안 특정한 이점을 제공한다.The method using the side separators in the stripping section below the reaction zone of the reaction column provides certain advantages during further workup for the isolation of the individual pure products.
주로 PIP, 미반응 EDA 또는 이들의 혼합물로 이루어진 측면 분리부 스트림은, 특히 측면 분리부 스트림이 기체상으로 제거되는 경우에는 소량의 DETA 및 고비점 성분만을 포함한다. 따라서, 이는 DETA 및 고비점 성분으로부터 저비점 성분의 제거에 먼저 보내지는 대신, 반응 컬럼의 바닥부 분리부 스트림과는 별개로, EDA 및 PIP의 정제가 수행되는 후처리 섹션 내에 직접 공급될 수 있다.The side separation stream, which consists predominantly of PIP, unreacted EDA or mixtures thereof, comprises only a small amount of DETA and high boiling components, especially when the side separation stream is removed in the gas phase. Thus, instead of being sent first to the removal of low boiling components from the DETA and high boiling components, it can be fed directly into the aftertreatment section in which purification of EDA and PIP is carried out, separate from the bottom separation stream of the reaction column.
부분적 양의 측면 스트림은 또한 반응 컬럼 자체에 회귀될 수 있다. 이는 측면 스트림이 주로 EDA를 포함하고 PIP는 거의 또는 전혀 포함하지 않을 경우 특히 유리하다.The partial amount of side stream can also be returned to the reaction column itself. This is particularly advantageous if the side stream mainly contains EDA and little or no PIP.
상기 방법에서 반응 컬럼의 바닥부 분리부 스트림은 더 적은 양의 저비점 성분 (EDA 및 PIP)을 포함하기 때문에, DETA 및 고비점 성분으로부터 저비점 성분을 제거하기 위한 컬럼의 압력을 완화시킨다.Since the bottoms split stream of the reaction column in this method contains smaller amounts of low boiling components (EDA and PIP), it relieves the column pressure to remove low boiling components from DETA and high boiling components.
반응성 증류가 저압, 예를 들어 1 내지 3 bar에서 수행될 경우, EDA 및 PIP 없이 약 200 내지 240℃의 바닥부 온도에서 바닥부 분리부 스트림을 수득할 수도 있다. 그 후, 바닥부 분리부 스트림은 DETA 및 고비점 성분으로부터 저비점 성분의 분리에 먼저 보내지는 대신, 임의로 DETA의 정제가 수행되는 후처리 섹션에 보 내질 수 있다.If reactive distillation is carried out at low pressure, for example 1 to 3 bar, it is also possible to obtain a bottoms split stream at a bottom temperature of about 200 to 240 ° C. without EDA and PIP. The bottom separator stream may then be sent to a post-treatment section, where purification of the DETA is optionally performed, instead of first being sent to the separation of the low boiling component from the DETA and the high boiling component.
본 발명의 방법을 사용하면 DETA를 > 18%, 특히 > 20%, 보다 특히 > 22%의 선택도 (여기서, 모든 %는 EDA 기준) 및 > 30%, 특히 > 40%, 보다 특히 > 50%의 EDA 전환율로 생성할 수 있다.Using the method of the present invention, DETA can be selected to have a selectivity of> 18%, in particular> 20%, more particularly> 22% (wherein all% is based on EDA) and> 30%, especially> 40%, more particularly> 50% Can be generated with an EDA conversion rate of.
실시예 AExample A
첨부 1의 도 1은 순수한 EDA 또는 EDA/PIP 혼합물이 수소와 함께 촉매 패킹 아래에서 반응 컬럼에 연속적으로 공급되고, DETA, 미반응 EDA, PIP, TETA 및 고비점 성분 (SS, 즉 DETA보다 비점이 높은 성분)을 포함하는 혼합물이 바닥부를 통해 수득되는 본 발명에 따른 방법의 한 형태를 나타낸다. 암모니아, 수소 및 저비점 성분 (LS, 즉 DETA보다 비점이 낮은 성분)은 위층에서 분리된다.1 of Attachment 1 shows that pure EDA or EDA / PIP mixtures are continuously fed with hydrogen to the reaction column under catalyst packing, and the DETA, unreacted EDA, PIP, TETA and high boiling point components (SS, ie, boiling point than DETA) A mixture comprising a high component) represents one form of the process according to the invention, obtained through the bottom. Ammonia, hydrogen and low boiling point components (LS, ie lower boiling point than DETA) are separated in the upper layer.
실시예 BExample B
첨부 2의 도 2는 순수한 EDA 또는 EDA/PIP 혼합물이 수소와 함께 촉매 패킹 아래에서 반응 컬럼으로 연속적으로 보내지고, DETA, TETA 및 고비점 성분 (SS, 즉 DETA보다 비점이 높은 성분)을 포함하는 혼합물이 바닥부를 통해 수득되는 본 발명에 따른 방법의 한 형태를 나타낸다. 암모니아, 수소 및 저비점 성분 (LS, 즉 DETA보다 비점이 낮은 성분)은 위층에서 분리된다.FIG. 2 of Attachment 2 shows that a pure EDA or EDA / PIP mixture is continuously sent to the reaction column under catalyst packing with hydrogen and includes DETA, TETA and high boiling components (SS, ie components having higher boiling points than DETA). One form of the process according to the invention is obtained in which the mixture is obtained through the bottom. Ammonia, hydrogen and low boiling point components (LS, ie lower boiling point than DETA) are separated in the upper layer.
반응 컬럼의 반응 대역 아래의 스트리핑 섹션 내의 측면 분리부에서, 임의로 EDA와의 혼합물로서의 PIP가 분리된다.At the side separation in the stripping section below the reaction zone of the reaction column, the PIP, optionally as a mixture with EDA, is separated.
실시예 1 내지 4Examples 1-4
촉매를 직경 3.2 mm 및 길이 1 내지 2 cm의 이산화지르코늄 압출물을 사용하여 제조하였다.The catalyst was prepared using a zirconium dioxide extrudate of 3.2 mm in diameter and 1 to 2 cm in length.
지지체 2700 g을 질산팔라듐 수용액 770.0 mL (H2O 흡수율 92%)로 함침하여 팔라듐 적하량 계산치가 0.9 중량%인 팔라듐을 생성하였다. 함침을 반복적으로 수행하였다. 이를 건조 캐비넷에서 120℃에서 (120℃로 가열하는데 1시간 걸림) 6시간 동안 건조시키고, 덮개식 노에서 450℃ (450℃로 가열하는데 2시간 걸림)에서 2시간 동안 하소시켰다.2700 g of the support was impregnated with 770.0 mL of an aqueous palladium nitrate solution (92% H 2 O absorption rate) to produce a palladium having a 0.9% by weight palladium loading calculation. Impregnation was performed repeatedly. It was dried for 6 hours at 120 ° C. (1 hour to heat to 120 ° C.) in a drying cabinet and calcined at 450 ° C. (2 hours to heat to 450 ° C.) for 2 hours in a covered furnace.
실시예 1 내지 4의 반응은 모두 절대압 5 bar에서 수행하였다. 수소는 6 L/h의 속도로 촉매층 아래에서 컬럼 내로 공급하였다.The reactions of Examples 1 to 4 were all carried out at 5 bar absolute. Hydrogen was fed into the column under the catalyst bed at a rate of 6 L / h.
실시예 1 및 2는 제조된 촉매 755 g을 특허 출원 WO-A1-03//047747의 청구항 9 및 관련된 기재에 인용된 바와 같은 질서형 패킹을 함유하는 직경 55 mm의 실험용 컬럼 내에 충전한 후 수행하였다.Examples 1 and 2 were carried out after filling 755 g of the prepared catalyst into an experimental column 55 mm in diameter containing an ordered packing as recited in claim 9 of patent application WO-A1-03 // 047747 and related descriptions. It was.
촉매층 아래의 이론상 판의 수는 6이었다. 촉매 패킹은 3.5개의 이론상 판을 갖는다. 촉매층 위의 이론상 판의 수는 1이었다.The theoretical number of plates under the catalyst bed was six. The catalyst packing has 3.5 theoretical plates. The theoretical number of plates on the catalyst bed was one.
실시예 1Example # 1
액체 EDA를 실온에서 촉매층 위에서 400 g/h의 속도로 공급하였다. 환류를 800 g/h로 설정하였다. 안정-단계 가동에서의 컬럼 온도의 기준은 186℃였다.Liquid EDA was fed at a rate of 400 g / h over the catalyst bed at room temperature. Reflux was set to 800 g / h. The criteria for the column temperature in the stable-step operation was 186 ° C.
컬럼의 바닥부 생성물은 EDA 65%, DETA 9.7% 및 피페라진 16%의 조성 (중량%로)을 갖는다. 다른 성분은 고비점 성분이었다.The bottom product of the column has a composition (in weight percent) of 65% EDA, 9.7% DETA and 16% piperazine. The other component was a high boiling point component.
이것은 25%의 DETA 선택도 및 41%의 EDA 전환율에 해당하였다.This corresponded to 25% DETA selectivity and 41% EDA conversion.
실시예 2Example 2
액체 EDA를 실온에서 촉매층 아래에서 400 g/h의 속도로 공급하였다. 환류를 400 g/h로 설정하였다. 안정-단계 가동에서의 컬럼 온도의 기준은 183℃였다.Liquid EDA was fed at a rate of 400 g / h under the catalyst bed at room temperature. Reflux was set to 400 g / h. The criterion of the column temperature in stable-step operation was 183 ° C.
컬럼의 바닥부 생성물은 EDA 74.6%, DETA 6.1% 및 피페라진 13.2%의 조성 (중량%로)을 갖는다. 다른 성분은 고비점 성분이었다.The bottom product of the column has a composition (in weight percent) of 74.6% EDA, 6.1% DETA and 13.2% piperazine. The other component was a high boiling point component.
이것은 21.7%의 DETA 선택도 및 30.6%의 EDA 전환율에 해당하였다.This corresponded to a DETA selectivity of 21.7% and an EDA conversion of 30.6%.
실시예 3은 제조된 촉매 934 g을 특허 출원 WO-A1-03//047747의 청구항 9 및 관련된 기재에 인용된 바와 같은 질서형 패킹을 함유하는 직경 55 mm의 실험용 컬럼 내에 충전한 후 수행하였다.Example # 3 was carried out after filling 934 g of the prepared catalyst into an experimental column 55 mm in diameter containing an ordered packing as recited in claim 9 of patent application WO-A1-03 // 047747 and the related description.
촉매층 아래의 이론상 판의 수는 15였다. 촉매 패킹은 10개의 이론상 판을 갖는다. 촉매층 위의 이론상 판의 수는 10이었다.The theoretical number of plates under the catalyst bed was 15. The catalyst packing has ten theoretical plates. The theoretical number of plates on the catalyst bed was 10.
실시예 3Example 3
액체 EDA를 실온에서 촉매층 위에서 100 g/h의 속도로 공급하였다. 환류를 800 g/h로 설정하였다. 안정-단계 가동에서의 컬럼 온도의 기준은 162℃였다.Liquid EDA was fed at a rate of 100 g / h over the catalyst bed at room temperature. Reflux was set to 800 g / h. The criterion of the column temperature in the stable-step operation was 162 ° C.
컬럼의 바닥부 생성물은 EDA 55%, DETA 12% 및 피페라진 21%의 조성 (중량%로)을 갖는다. 다른 성분은 고비점 성분이었다.The bottom product of the column has a composition (by weight percent) of 55% EDA, 12% DETA and 21% piperazine. The other component was a high boiling point component.
이것은 21%의 DETA 선택도 및 55%의 EDA 전환율에 해당하였다.This corresponded to a 21% DETA selectivity and 55% EDA conversion.
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